FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCRICA Y ELECTRÓNICA
V ARIADOR DE VELOCIDAD DE UN MOTOR AC COLOCANDO VALORES PREFIJADOS EN PORCENTAJES
INFORME DE SUFICIENCIA
PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE:
INGENIERO ELECTRÓNICO
PRESENTADO POR:
CELSO YSIDRO GERÓNIMO HUAMÁN
PROMOCIÓN
1988-11
LIMA-PERU
PROLOGO CAPITULOI
INTRODUCCIÓN
1.1 Introducción
1.2 Reseña histórica de la electrónica
1.2.1 Los Precursores de las imágenes en la electrónica
1.3 La corriente
1.3.1 Corriente continua 1.3.2 Corriente alterna 1.4 Algunas definiciones
1.4.1 Frecuencia
1.4.2 Periodo
1.4.3 Voltaje pico a pico
1.4.4 VoltajeRMS
1.5 Las fuentes de alimentación simples 1.5.1 El transformador de alimentación 1.5.2 Los diodos rectificadores
1.5.3 Los condensadores de filtrado
1.5.4 Fuentes con transformador de secundario dividido 1.5.5 Fuente simple con rectificador de ½ onda
CAPITULOII
DI SPOSITIVOS Y COMPONENTES PREVIOS
2.1
2.1.1
Conociendo los componentes Pistas conductoras
1
2
2 2
3
4 4 5
6
6
6
6
7
7
8
8
9
9
112.1.2
Resistencias18
2.1.3
Potenciometro18
2.1.4
Bobina18
2.1.5
Fusible18
2.1.6
Transformador19
2.1.7
Capacitor19
2.1.8
Capacitor electrolítico19
2.1.9
El cristal19
2.2
Los diodos20
2.2.1
Estructura de un cristal22
2.2.2
Tipos de diodos23
2.2.2.1
Diodos Baritt23
2.2.2.2
Diodo de Avalancha23
2.2.2.3
Diodo Varicap23
2.2.2.4
Diodo de Conmutación24
2.2.2.5
Diodo Rectificador24
2.2.2.6
Diodo Semiconductor24
2.2.2.7
Diodo de Señal24
2.2.2.8
Diodo de Unión24
2.2.2.9
Diodo Esaki24
2.2.2.10
Diodogunn
24
2.2.2.11
Diodo Impatt24
2.2.2.12
Diodo Laser25
2.2.2.13
Diodo Pin25
2.2.2.14
Diodo Schottky25
2.2.2.15
Diodo Schokley25
2.2.2.16
Diodo Trappat25
2.2.2.17
Diodo Tunel26
2.2.2.18
Diodo Unitunel26
2.2.2.19
Diodo Zener26
2.2.2.20
Diodo Led26
2.3
Fuente con puente de diodos (puente de graetz)27
de diodos 28
2.5 Tecnología led/oled 29
2.6 Aplicaciones 31
2.7 Transistores 32
2.7.1 Tipo de transistores 33
2.7.1.1 Transistores bipolares 34
2.7.1.2 Transistor de efecto de campo (FET) 34
2.8 Electrónica de potencia 35
2.8.1 El Tiristor 35
2.8.2 El Triac 36
2.8.2.1 Descripción general 36
2.8.2.2 Construcción básica, símbolo, diagrama equivalente 37
2.8.2.3 Características tensión - corriente 38
2.8.2.4 Método de disparo 39
2.8.2.5 Forma de onda de los triac 41
2.8.2.6 Circuito practico de disparo 42
2.8.2.7 Circuito del gobierno de un motor con triac 44
2.8.2.8 Definiciones de los parámetros del triac 45
2.8.2.9 El triac y sus aplicaciones 46
2.8.2.10 Resumen 47
2.9 El timer 47
2.10 El contador binario 48
2.11 Convertidor BCD a siete segmentos 48
2.12 El display 48
2.13 El driver 48
2.14 El optoacoplador MOC 3041 49
2.15 El chip ICL 7107 49
2.16 El amplificador operacional 49
2.17 El regulador de voltaje 49
2.18 El motor monofásico 50
2.18.1 Fundamentos de operación de los motores eléctricos 50
CAPITULO 111 EL MICROCONTROLADOR 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 El Microcontrolador
Diferencia de un microcontrolador Recursos auxiliares
El procesador del microcontrolador Memoria de programa
Memoria de datos
Línea de entrada / salida para los controles de periféricos Programación de los microcontroladores
El interior del procesador Circuito antirrobotes
Entradas digitales optoacopladas
CAPITULO IV
ARRANQUE PREVIO DEL MOTOR
4.1 4.2 4.3 4.4 4.5
Arranque de motor alcanzando su máxima velocidad en un minuto Generador de sincronismo (funcionamiento)
Generador de tiempo de arranque El comparador
Circuito de alimentación de puerta del triac
CAPITULO V
SENSOR DE TEMPERATURA 5.1 Sensor de temperatura
CAPITULO VI
V ARIADOR DE VELOCIDAD
6.1
6.2
6.3Control de la velocidad de un motor por porcentajes Colocación de los porcentajes
Exitación del triac para el arranque del motor
CONCLUSIONES ANEXO A
BIBLIOGRAFIA
Figura 1.2 Fuente con transformador de secundario dividido 10
Figura 1.3 Muestra de las tensiones en la fuente 10
Figura 1.4 Fuente con rectificador de media onda 11
Figura 1.5 Muestra de las tensiones presentadas en la fuente 12
Figura 1.6 Muestra de las corrientes del circuito 13
Figura 1.7 Muestra la tensión de rizado 14
Figura 2.1 Curvas características de los diodos mas comunes 20
Figura 2.2 Muestra de una juntura de huecos y electrones 21
Figura 2.3 Fotogra:fia de un cristal 23
Figura 2.4 Fuente con puente de diodos 27
Figura 2.5 Fuente simple simétrica con puente de diodos 28
Figura2.6 Fuente con regulador de voltaje 28
Figura 2.7 Algunos colores de diodos led 29
Figura2.8 Transistores de efecto de campo 34
Figura2.9 Símbolo del triac 36
Figura2.10 Diagrama equivalente del triac 37
Figura 2.11 Características tensión corriente en el triac 38
Figura2.12 Diagrama de disparo del triac 41
Figura 2.13 Formas de onda en un triac 41
Figura2.14 Circuito de disparo de un triac con UJT 42
Figura 2.15 Formas de onda en el disparo del triac 43
Figura2.16 Gobierno de un motor con un triac 44
Figura 2.17 Característica general de un triac 46
Figura 2.18 Regulador de voltaje usando el 7805 50
Figura 2.19 Presentación de un motor eléctrico 50
Figura 3.1 El esquema muestra los diferentes elementos que
Figura 3.2 Esquema que resalta la actuación del divisor de Frecuencia 55 Figura 3.3 Esquema simplificado de la sección dedicada al Control 56
Figura 3.4 Circuito de conexionado de un PIC 59
Figura 3.5 Arquitectura interna del PIC 61
Figura3.6 Gobierno del disparo de un TRIAC mediante el microcontrolador. 63
Figura4.1 Generador de sincronismo 65
Figura4.2 Generador de tiempo de arranque 66
Figura4.3 El comparador 67
Figura 4.4 Circuito de activación del TRIAC y encendido del motor 68
Figura 4 .. 5 Circuito completo del arranque 69
Figura 5.1 Circuito del sensor de temperatura 71
El propósito del presente informe de suficiencia es presentar un método práctico (basado en los microcontroladores) que permita implementar un moderno sistema de arranque de motores en nuestro gran mercado de productos de la rama blanca, que es donde mas se puede aplicar y donde es completamente aplicable.
Se demuestra que realizando una pequeña inversión las empresas del sector pueden realizar
estos cambios en los equipos que llevan motores y así ser mas competitivos y de un
producto netamente nacional, al menos en la implementación.
En la parte teórica, se utilizan los dispositivos de análisis necesanos para tener el
fundamento de la implementación y la aplicación de los dispositivos.
En la práctica se implementa el circuito y se toman las medidas para comprobar el efecto del proceso del circuito concluido.
Los alcances del presente informe involucran a varias disciplinas de la ingeniería tales como: electrónica, usada para el tratamiento de la señal de control; La informática,
utilizada para la programación del microcontrolador; la electricidad para la implementación del arranque del motor, y la mecánica para saber sobre el torque y la
fuerza del motor; lo que se puede ver en términos generales la nueva carrera de ingeniería: la Ingeniería Mecatrónica.
Las limitaciones encontradas para efectuar el informe, han sido la exactitud de las características de los chips de ultima tecnología que no se encuentra toda la información o
la información requerida para mayor conocimiento.
INTRODUCCION
1.1: INTRODUCCON:
La electrónica es una de las ciencias mas aplicable en el mundo actual, la que hace del mundo, un mundo de mayores comodidades entre la gente, ya que a la ves, la electrónica es una de las áreas de la ciencia que más ha evolucionado en los últimos tiempos. La complejidad de algunos de sus componentes nos llevaría a dedicarle al tema más de un manual en forma exclusiva. Pero no es la intención de éste formar a expertos en electrónica, sino dotarlos de los conocimientos básicos y necesarios para solucionar los problemas más comunes que se pueden encontrar en nuestra realidad, en nuestra sociedad y en el país.
1.2: RESEÑA HISTORICA DE LA ELECTRONICA
El periodo de desarrollo va desde 1928 hasta la fech� cuando continúan perfeccionándose diversos ingenios y prodigios, entre los cuales debe mencionarse la telecomunicaciones, que salvo muchos obstáculos iniciales, llegando a la transmisión total de audio video y datos.
Apenas inventado el telégrafo en el primer decenio del siglo XIX, se pensó en transmitir por alambres no solo sonidos, sino también imágenes. El propósito no era fácil de lograr. Una palabra se compone de sílabas y la sílaba de letras, de manera que la descomposición necesaria para transmitir una después de la otra las partes constitutivas de un mensaje oral no presenta dificultades. El cerebro "suma" los sonidos que recibe y obtiene el pensamiento completo. Parecía imposible hacer lo mismo para transmitir un mensaje visual. Los primeros investigadores pensaron, no obstante, que ello podía hacerse descomponiendo la imagen y enviándola por partes a un receptor, donde debía ser reconstruida para que el ojo humano la viera completa. Los fragmentos debían llegar a la pantalla receptora con suficiente rapidez para que el espectador tuviera la sensación de ver la imagen de una sola vez, debido a que en la retina la imagen no se borra inmediatamente después de capta� sino que permanece un breve lapso. Esta "permanencia retiniana", que en el fondo es un defecto en la visión human� es la que ha hecho posible la televisión. Los mismos principios que trataron de aplicar los investigadores del siglo pasado son los que ahora se aplican, aunque muy perfeccionados y afinados. En el moderno receptor de TV nos parece ver la pantalla iluminada globalmente por la imagen, pero eso no ocurre en realidad. Nunca hay iluminación más de un punto, con un pequefiísimo fragmento de la imagen transmití� y luego otro punto, y otro y otro y así sucesivamente, en una vertiginosa sucesión, dando al espectador la sensación de que está viendo imágenes completas.
1.2.1: LOS PRECURSORES DE LAS IMÁGENES EN LA ELECTRONICA
El primer aparato capaz de transmitir imágenes a una distancia apreciable fue ideado por el
abate (eclesiástico de ordenes menores) Giovanni Caselli, de Sie� en 1855, lo denominó
El sistema era simple y muy ingenioso. Quien deseaba enviar un mensaje escribía con una
pluma untada con tinta aislante, sobre una delgada lámina de metal; ésta era colocada en el
aparato transmisor y "explorada" por una punta de platino que la recorría de arriba abajo y de derecha a izquierda. Cuando la punta tocaba con lo escrito, se interrumpía el contacto
eléctrico entre la punta y la superficie metálica, debido a la condición aislante de la tinta.
Por medio de un circuito eléctrico esta interrupción era transformada en una corriente eléctrica que se transmitía a lo largo de la línea hasta el aparato receptor, que estaba
construido por una hoja impregnada de cianuro de potasio.
Sobre esta se desplazaba una punta de diamante con movimiento exactamente sincrónicos
con aquellos de la punta exploradora del aparato transmisor. Una y otra se encontraban
siempre en la misma posición respecto a la lámina metálica o a la hoja de papel, ambas de igual formato. Si una se movía en París la otra se movía exactamente igual en Lyon.
La corriente eléctrica opera una reacción química sobre el cianuro de potasio, que es incoloro, transformándolo en color azul. De esta manera, mientras la punta receptora
recibía corriente eléctrica, tomaba azul la superficie del papel que estaba tocando; cuando
la corriente eléctrica se interrumpía, la superficie del papel tocada por la punta, quedaba blanca. La escritura se reproducía en blanco mediante este procedimiento en la hoja
receptora, cada vez que la punta de la oficina transmisora entraba en contacto con la tinta aislante en que estaba escrito el mensaje.
1.3: LA CORRIENTE
Para esto, empezaremos describiendo, que es la corriente eléctrica y los dos tipos que se utilizan, ya que para los circuitos electrónicos se utiliza corriente continua y para el circuito de potencia se utiliza la corriente alterna.
1.3.1: LA CORRIENTE CONTINUA (C.C.)
Es el resultado del flujo de electrones (carga negativa), por un conductor (alambre de cobre casi siempre), que va del terminal negativo al terminal positivo de la batería, pasando por una resistencia o una carga que puede ser un foco o una carga cualquiera.
La cantidad de carga de electrónes es muy pequeña. Una unidad de carga muy utilizada es
el Coulomb (mucho más grande que la carga de un electrón).
1 Coulomb = la carga de 6 280 000 000 000 000 000 electrones ó en notación científica:
6.28 x 1018 electrones
Para ser consecuentes con nuestro gráfico y con la convención existente, se toma a la corriente como positiva y ésta circula desde el terminal positivo al terminal negativo.
Lo que sucede es que un electrón al avanzar por el conductor va dejando un espacio
(hueco) positivo que a su vez es ocupado por otro electrón que deja otro espacio (hueco) y así sucesivamente, generando una serie de huecos que viajan en sentido opuesto al viaje de
los electrones y que se puede entender como el sentido de la corriente positiva que se conoce.
La corriente es la cantidad de carga que atraviesa la lámpara en un segundo, entonces
Corriente = Carga en coulombs / tiempo ó I
=
Q / TSi la carga que pasa por la lámpara es de 1 coulomb en un segundo, la corriente es de 1
ampeno
Nota: Coulomb también llamado Coulombio
1.3.2: LA CORRIENTE ALTERNA
La diferencia de la corriente alterna con la corriente continua, es que la corriente continua circula sólo en un sentido.
La corriente alterna (como su nombre lo indica) circula, durante un tiempo en un sentido y después, en sentido contrario, volviéndose a repetir el mismo proceso en forma constante.
Este tipo de corriente es la que llega a nuestros domicilios y la usamos para alimentar la
TV, el equipo de sonido, la lavadora, la refrigeradora, los diferentes equipos eléctricos y
En este caso se puede analizar que el voltaje es alterno y tenemos que la magnitud del voltaje de una señal varia primero hacia arriba y luego hacia abajo ( de la misma forma en que se comporta la corriente) y nos da una forma de onda llamada: onda senoidal.
El voltaje varia continuamente, y para saber que voltaje tenemos en un momento específico, utilizamos la fórmula; V= Vp x Seno (0) donde Vp = V (voltaje pico) es el valor máximo que obtiene la onda y
e
es una distancia angular y se mide en gradosAclarando un poco esta última parte y analizando la forma de la señal, se ve que la onda senoidal es periódica (se repite la misma forma de onda continuamente)
Sí se toma un período de ésta (un ciclo completo), se dice que tiene una distancia angular de 360º·
Y con ayuda de la fórmula que ya dimos, e incluyendo 0 ( distancia angular para la cual queremos saber el voltaje) obtenemos el voltaje instantáneo de nuestro interés.
Para cada distancia angular diferente el valor del voltaje es diferente, siendo en algunos casos positivo y en otros negativo ( cuando se invierte su polaridad.)
1.4: ALGUNAS DEFINICIONES PREVIAS
1.4.1: FRECUENCIA
Si se pudiera contar cuantos ciclos de esta señal de voltaje suceden en un segundo tendríamos, la :frecuencia de esta señal, con la unidad de ciclos / segundo, que es lo mismo que Hertz o Hertzios.
1.4.2: PERIODO
El tiempo necesario para que un ciclo de la señal anterior se produzca, se llama período (T) y tiene la fórmula: T
=
l / f, o sea el período (T) es la inversa de la frecuencia (f).1.4.3: VOL TAJE PICO-PICO
diferencia entre estos dos voltajes es el llamado voltaje pico-pico (Vpp) y es igual al doble del Voltaje Pico (Vp)
1.4.4: VOLT AJE RMS
Se puede obtener el voltaje equivalente en corriente continua (Vrms) de este voltaje alterno
con ayuda de la fórmula Vrms = 0.707 x Vp. Este valor de voltaje es el que obtenemos
cuando utilizamos un voltímetro.
Si se prepara un voltímetro para que pueda medir voltajes en corriente alterna (a.c.) y medimos la salida en un tomacorriente de una casa, lo que vamos a obtener es: 11 O Voltios o 220 Voltios aproximadamente, dependiendo del país donde se realiza la medición.
El voltaje que leemos en el voltímetro es un VOLTAJE RMS de 110 o 220 Voltios.
¿Cuál será el voltaje pico (Vp) de esta señal?
Revisando la fórmula del párrafo anterior despejamos Vp.
Vp = Vrms / 0.707
* Caso Vrms = 110 V, Vp = 110 / 0.707 = 155.6 Voltios.
*
Caso Vrms = 220 V, Vp = 220 / 0.707 = 311.17 Voltios1.5: LAS FUENTES DE ALIMENTACIÓN SIMPLES.
Se entiende por fuente de alimentación un sistema electrónico que suministra las tensiones
y corrientes necesarias para el funcionamiento de los circuitos electrónicos. Por tanto, las fuentes de alimentación son sistemas suministradores de energía eléctrica.
Red
eléctrica
-
Transformador
Rectificador
-Figura 1.1 diagrama de una fuente
Filtro pasa bajos
Tensión de
alimentación
El bloque transformador, en caso de existir, estará formado por el componente de nombre análogo. El bloque rectificador está formado típicamente por diodos, y puede ser media onda o de doble onda. Por último, el bloque de filtrado lo constituye un condensador de gran capacidad o una asociación de condensadores y bobinas o resistencias.
1.5.1: EL TRANSFORMADOR DE ALIMENTACIÓN
Lo normal es que sean transformadores reductores, con un primario único y uno o varios
secundarios. Las características más importantes de un transformador de alimentación son:
O Tensión del secundario o secundarios: viene expresada en tensión eficaz.
D Potencia máxima entregable por los secundarios: expresada en VA (voltamperios).
D Resistencia de primario y secundarios: expresada en ohmios, a la temperatura de 25ºC.
D Perdidas en el núcleo y en los bobinados: expresada en W (vatios).
D Corriente consumida por el transformador sin carga conectada: expresada en mA (miliamperios).
Otros datos que suelen aparecer en las hojas de características de los transformadores son, por ejemplo, la eficiencia energética, la regulación de carga, etc., claro está, de las dimensiones fisicas del mismo.
1.5.2: LOS DIODOS RECTIFICADORES
Deben ser diodos con unas características especiales. De hecho, existe un subgrupo de diodos llamados así, rectificadores. Los diodos rectificadores deben poder ser capaces de soportar de forma continua valores de corriente que, según qué aplicaciones, puede llegar a ser elevada o muy elevada. Además, deben aguantar picos de corriente varias veces
JN4007. Tiene aplicación en fuentes de alimentación de pequeña potencia de salida. Sus principales características son:
• Picos repetitivos de tensión inversa: 1 000V máximo.
• Picos no repetitivos de tensión inversa: 1200V máximo.
• Tensión inversa máxima de forma continua: 700V.
• Corriente nominal directa máxima: 1 A.
• Picos de corriente directa no repetitivos: 30A máximo.
1.5.3: LOS CONDENSADORES DE FILTRADO
Los condensadores que se usan son de tipo electrolítico, con un valor de capacidad que
como mínimo suele ser de 1 000uF. Deben poder soportar al menos una tensión doble de la
tensión de pico que entregue el transformador. Así mismo, deben elegirse condensadores
con poca corriente de fuga, ya que de lo contrario se tendría una disipación de potencia
apreciable en dicho elemento, provocando que se calentase y, si alcanza temperaturas
elevadas, llegado el caso estallase.
También es deseable (imprescindible si se trata de la fuente primaria de un sistema de
alimentación conmutado) elegir condensadores con una resistencia serie equivalente (ESR)
pequeña, ya que ello posibilitará que la fuente pueda entregar picos elevados de corriente
ante demandas de la carga.
1.5.4: FUENTE CON TRANSFORMADOR DE SECUNDARIO DIVIDIDO
En esta fuente se usa un transformador con doble secundario o dividido. El secundario se
comporta en este caso como un divisor de tensión inductivo, de tal forma que tomando el
punto central como referencia de potenciales se tendrá en cada extremo ondas senoidales
iguales pero desfasadas 180° una respecto a la otra. Este hecho se aprovecha para montar dos rectificadores de media onda, uno en cada extremo del secundario. la tensión
rectificada de ambos rectificadores se suma sobre la carga, produciendo la rectificación de
Tensión dered
Tr 01
---o+
L.. __
º_
2______
T_..,._c __
oT
-ensión de
± .
salidaFigura 1.2 Fuente con transformador de secundario dividido.
La gráfica con sus tensiones en cada punto es la mostrada en la figura:
La onda azul es la correspondiente a la tensión de salida de la fuente. En este caso
suponemos también conectada una resistencia de carga. Por otro lado, las ondas roja y verde corresponden a la tensión entregada por cada extremo del secundario del transformador. Se puede apreciar perfectamente el desfase de 180º al que hacíamos referencia antes.
20.00V
�---�---�---�---�---·20.00 V ¡--,-��-��-'-+�-��+-'-��-1-��....,__,l--'-��-1--��- _L.LLL _..1....,_l
O.OOOms 10. ooms 20.ooms 30.00ms 40.00ms 50.00ms 60.COms 70.00ms so.ooms
Figura 1.3 Muestra de las tensiones en la fuente
En esta fuente los diodos deben soportar una tensión inversa máxima de dos veces la
su secundario ( esta es la forma de expresar el hecho de que el secundario está dividido,
siendo en este caso cada parte del mismo de 12V eficaces) los diodos deberán aguantar una
tensión inversa de unos 34V como mínimo.
En cuanto a la corriente máxima de pico que pueda tener que llegar a soportar uno de los
diodos (recordemos, el primer pico de carga del condensador, que en este caso puede
circular por un diodo o por el otro, y no hay forma de saber, a priori, por cuál) su cálculo es
idéntico al caso del rectificador de media onda.
El condensador se calculará de la misma forma que en el rectificador de media onda, pero
teniendo en cuenta que la frecuencia con la que éste se carga y descarga es doble que en
dicho rectificador, o sea, tendremos que tomar una frecuencia de valor 1 OOHz. Por esto
último, para conseguir tensiones de rizado similares al caso de media onda necesitaremos
condensadores de la mitad de capacidad para el rectificador de doble onda.
1.5.5: FUENTE SIMPLE CON RECTIFICADOR DE MEDIA ONDA
El esquema base que adoptaremos para el estudio de este tipo de fuentes es el siguiente:
Tr
o
o---� ,---o+
Red
eléctrica Vp Vs
e
Tensión de alimentaciónFigura 1.4 Fuente con rectificador de media onda.
pequefio en el secundario, Vs. Tanto en primario como en secundario la tensión será de
tipo alterna senoidal. La tensión de pico o máxima presente en El transformador Tr
reducirá la tensión del primario, Vp, a una de valor más el secundario, Vmáx, será por
tanto:
La tensión máxima en extremos del condensador, Ve máx, será igual a Vmáx menos 0.7V,
que es la tensión de conducción del diodo rectificador D. O sea,
Ve máx = Vmáx- 0.7V
Las formas de onda en el circuito, suponiendo un transformador con secundario de 12V y
una carga conectada a la fuente, serán similares a las siguientes:
La onda roja sería la correspondiente a la tensión alterna senoidal que entrega el secundario del transformador. La señal azul es la presente en extremos del condensador de filtro. En ella se pueden apreciar perfectamente las cargas y descargas de este condensador ( carga a través del diodo, descarga a través de la resistencia de carga conectada a la fuente).
También se puede apreciar la diferencia de O. 7V existente entre los picos positivos de la
tensión del secundario y la tensión máxima en extremos del condensador. La onda verde es la correspondiente a la tensión en extremos del diodo rectificador. Se puede apreciar que
dicha tensión polariza al diodo en sentido inverso la mayoría del tiempo y que alcanza un valor de prácticamente el doble de V e máx. La polarización directa sólo se produce
durante la carga del condensador.
20.00V
,---�---r---�--�--�---�--�---40.00 V ���---¡---��"---f-��_,_-t---'-_,_�-1--'--L--'-�-_,__.___.__,_+-<-_,_�-1-...__,__,_-'-+, � O.OOOms 10.00rns 20.ooms 30.00ms 40.00ms 50.00ms 60.00ms 70.00ms 80.00ms
Lo que aparece a continuación son las formas de las corrientes que circulan por el circuito
(seguimos suponiendo una resistencia de carga conectada):
En esta ocasión la onda roja corresponde a la corriente instantánea que atraviesa al diodo rectificador. Sólo circula corriente por él prácticamente durante la carga del condensador.
El diodo tendrá que ser capaz de soportar estos picos repetitivos de corriente, cuyo valor
máximo dependerá de forma directa del valor de la capacidad del condensador y de forma
inversa del valor óhmico de la resistencia de carga.
En esta ocasión la onda roja corresponde a la corriente instantánea que atraviesa al diodo
rectificador. Sólo circula corriente por él prácticamente durante la carga del condensador.
El diodo tendrá que ser capaz de soportar estos picos repetitivos de corriente, cuyo valor
máximo dependerá de forma directa del valor de la capacidad del condensador y de forma
inversa del valor óhmico de la resistencia de carga.
1-Oms 5.0COms 10.COms 15.00ms 20.COms
Figura 1.6 Muestra de las corrientes del circuito.
La onda verde es la correspondiente a la corriente que atraviesa a la resistencia de carga.
la corriente por la carga decrece está siendo suministrada por el condensador, que se está descargando sobre ella.
La onda azul es la de la corriente absorbida ( durante la carga) o entregada ( durante la
descarga) por el condensador de filtro, por eso tiene una parte positiva (carga) y otra
negativa al circular la corriente en sentido contrario (descarga). La corriente media, o
continua, que "circula" por el condensador es aproximadamente cero (el área bajo la parte
positiva de la gráfica de corriente es prácticamente igual al área que encierra la parte
negativa de la misma gráfica), no llegando a serlo completamente debido a la corriente de
fuga del condensador. Tendremos entonces que la práctica totalidad de la corriente
contínua que atraviesa al diodo rectificador circulará por la carga. Por otro lado, la tensión
continua en extremos de la carga, o sea, a la salida de la fuente de alimentación, viene dada
por: 17.50V 15.00V 12.50V 10.00V 7.500 V 5.000 V 2.SOOV O.OCO V -2.500 V ,....
-� -.... -f1 1 l 1Vdc � Ve máx - Vriz 2
l
¡ 11
1--...
....
1--...
....
'�
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I
I
--...
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,
1 1
Tensión dE salida de 1,
1 1 1 1 1 1 1 1 J_j__L_
.
�
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' 1 11 1 \ 1,
v't'" � fuente
,
�1 1 1 1 1 1 1 1
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1
1 1 1 1
1
11
i
11
1 1 _J__j__LJ_�_'._l
1 1 1
O.OOOms 1 o.ccms 20.00ms 30.00ris 40.00ms 50.00ms 60.COms 70.CCms 60.CCms
Figura 1. 7 Muestra la tensión de rizado.
siendo Vriz la llamada tensión de rizado (pico a pico). Esta tensión es una componente
alterna residual que tiene una frecuencia igual a la de la tensión de red rectificada ( en
queda superpuesta a la tensión continua de salida y que está provocada por las cargas y
descargas del condensador de filtro:
El valor de la tensión de rizado depende de forma inversa de la capacidad del condensador
de filtro, del valor óhmico de la resistencia de carga y del valor de la frecuencia de la
tensión de red rectificada. Esto es así porque estos son los factores que influyen sobre la
carga y descarga del condensador de filtro. En concreto, la expresión que liga estos
parámetros es la siguiente:
ldc Vriz=--
FxC
donde V riz es la tensión de rizado pico a pico en extremos de la carga, F es la frecuencia
de la tensión de red rectificada e ldc es La corriente media o continua que consume la
resistencia de carga,
Vdc ldc=---
Rcarga
Cuando se selecciona un diodo para montar este tipo de fuentes su corriente nominal
directa máxima tendrá que ser mayor que ldc.
Otro parámetro a tener en cuenta en la elección del diodo rectificador son los picos de
corriente directa no repetitivos. Por el diodo circularán picos de corriente que serán
repetitivos, pero hay, en condiciones normales, un pico de corriente que no se repite y
además es el que mayor valor de corriente alcanza. Se trata del pico de corriente
correspondiente a la primera carga del condensador de filtro. El valor de corriente que
alcance este pico dependerá del momento de conexión a la red. Si la conexión se produce
durante un paso por cero de la tensión de red dicho valor se puede calcular, de forma
aproximada (siempre que la resistencia de carga no llegue a descargar al condensador
excesivamente durante el periódo de bloqueo del diodo) mediante la expresión
Vmáx- 1V
donde Fred es la frecuencia de la tensión de red y Rtd es la suma de la resistencia del
secundario del transformador y la resistencia del diodo en conducción, aunque
normalmente la resistencia del diodo se puede despreciar en esta suma.
En caso de que la conexión a red ocurra durante un máximo de dicha tensión se estará ante
el peor caso posible, siendo el valor que toma el pico de corriente el máximo posible:
1 primer pico de carga
=
V máx- 1VRtd
Entonces, el valor del primer pico de corriente estará comprendido entre los dos valores
anteriores.
·Tras este primer pico de corriente se irán sucediendo otros muchos ( o sea, de forma
repetitiva) pero estos últimos no llegarán a alcanzar el valor de corriente del primero si se
respeta lo indicado más arriba De hecho, si se eligió correctamente el valor del
DISPOSITIVOS Y COMPONENTES PREVIOS
2.1: CONOCIENDO LOS COMPONENTES
Los componentes a los que dedicaremos nuestra atención serán principalmente aquellos
relacionados con el manejo de la corriente, que generalmente son los que con mayor
:frecuencia se dañan a raíz de su actividad. En este rubro entran los transistores,
capacitores, resistencias, diodos, fusibles, transformadores y algunos circuitos integrados.
Por lo general, un ejemplo de la mayoría de los periféricos que rodean a la PC son
controlados por un microchip propio, programado para tal propósito. Eso permitió el gran
ahorro de espacio que significa comprimir millones de transistores en tan sólo un par de
milímetros cuadrados. Pero su función suele ser tan específica que resulta casi imposible
analizar su funcionamiento sin recurrir a un manual que nos informe del papel que cumple
cada una de sus cientos de patas en algunos casos.
El problema surge en la obtención de dicho manual, ya que suele ser información que los
fabricantes reservan sólo para los service autorizados, con el agregado de que muchas
veces el reemplazo puede llegar a ser hasta más costoso que una unidad nueva completa.
Así y todo, todavía se utilizan muchísimos componentes convencionales, más fáciles de
analizar y reemplazar, y que suelen ser los responsables del ochenta por ciento de las
averías típicas. A su vez, la verificación de éstos nos puede llevar por descarte a una mayor
seguridad respecto del inminente reemplazo de un chip.
2.1.1: PISTAS CONDUCTORAS
Todas las partes de un circuito deben ser conectadas a fin de garantizar su correcto
funcionamiento. Para esto son montadas sobre circuitos impresos que disponen de
tendremos las conecciones superficiales de otros componentes y las pistas de cobre conductoras que las conectan entre sí. Es bastante frecuente encontrar en cualquier dispositivo una o más placas con cientos de pistas de distintos tamaños y longitudes. Ellas son responsables de un gran porcentaje de las fallas típicas, dado a veces del grosor ínfimo que posee, son muy propensas a sufrir cortes derivados de pequeñas fisuras que puedan provocarse a partir de golpes o torceduras.
2.1.2: RESISTENCIA
Es uno de los componentes mas simples en su estructura y su funcionamiento. La función que cumple en un circuito es el de limitar el paso de la corriente con distintos fines específicos. En varios casos se usa como protección antes supuestos golpes de tensión. Ante estas circunstancias, la resistencia se abre y corta el paso de la corriente antes de que llegue en exceso a la salida de algún circuito integrado importante.
2.1.3: EL POTENCIOMETRO
Los potenciómetros y los reóstatos se diferencian entre si, entre otras cosas, por la forma en que se conectan. En el caso de los potenciómetros, estos se conectan en paralelo al circuito y se comporta como un divisor de tensión.
2.1.4: BOBINA
La bobina y el transformador son componentes muy simples en cuanto a su ensamblaje. Por lo general, constan de uno o varios núcleos envueltos por un alambre de cobre de cuya longitud y grosor dependerá su función específica Los extremos de cada uno de los alambres serán los puntos de contacto utilizados para ser unidos a la plaqueta. El objetivo de esto es sacar provecho de los campos magnéticos que genera la corriente en su paso por las bobinas
2.1.5: FUSIBLE
interrumpiendo dicho suministro. De esta manera se protege el resto de los componentes
ante excesos inesperados.
2.1.6: TRANSFORMADOR
Esta compuesto por dos bobinados enfrentados uno denominado pnmano y otro
secundario. El campo magnético que genera la corriente a su paso por el bobinado
primario provoca un efecto inductivo sobre el secundario que emite un flujo de
corriente de menor valor. Esto es muy utilizado en fuentes de alimentación, para
convertir los 220 o 11 Ov de la corriente de línea al valor que necesita el dispositivo para
el cual fue diseñado. Hoy en día, la utilización de fuentes conmutadas, que utilizan
componentes mucho mas precisos, seguros y livianos, hacen menos frecuente el uso de
transformadores.
2.1.7: CAPACITOR
El capacitor es un dispositivo que consta básicamente de dos placas metálicas, separadas
por un material aislante llamado dieléctrico, que pueden estar conformados de muchas
maneras. Su función es cargarse de energía para luego liberarla en forma paulatina.
Aquellos que utilizan electrolito como aislantes son llamados capacitores electrolíticos.
Son muy usados en fuente de alimentación y manejo de corriente y , por lo general,
causan mas de una falla característica.
2.1.8: CAP ACITOR ELECTROLÍTICO
Recibe su nombre gracias al material que hace las veces de aislante, el cual es un ácido
en estado liquido llamado electrolito.
2.1.9: EL CRISTAL
El cristal es un dispositivo que -tiene como finalidad oscilar a determinadas frecuencias
algunos circuitos donde se reqmere una determinada frecuencia. Generalmente estos dispositivos son de cuarzo, por la mayor precisión que tienen.
2.2: DIODOS
120
1.
o o
80 60 40JTR 20
Genmmium
(Ge)
Si�GaAs
f
0.2 0.4 -1µA
Ge l Regiónde
r n1ptura inversa
-2 �tA
-3 p,A -4 �LA
Silioon (Si)
0.6 0.8
Gallitnn arsenide
(GaAs)
l .O 1.2 VD(V)
Figura 2.1 Curvas características de los diodos más comunes
Para reswnir las características de un diodo, podemos decir que se trata de un componente que admite el paso de la corriente en sólo un sentido. Es por esto por lo que, al contrario de las resistencias, posee una polaridad que se debe respetar. Ésta se encuentra bien marcada en la cápsula del diodo, siendo el polo positivo el marcado con una línea o punto.
Un cristal pn. Dispositivo que conduce fácilmente cuando presenta polarización directa y muy poco cuando tiene polarización inversa.
Tomemos una juntura y apliquémosle una tensión como se indica en la figura:
tipo 'p'. Una vez realizada la conexión, la f.e.m. de la pila empuja a los electrones libres del
silicio tipo 'n' hacia la juntura y hace lo propio con los huecos en el tipo 'p'.
Ahora bien, al existir una zona con cargas netas Quntura), habrá también un campo
eléctrico. Este campo electrico ofrece una barrera de potencial que debe ser superada por
cualquier portador que quiera atravesarla. Dicha barrera toma un valor de
aproximadamente O, 7 Voltios para el Silicio y 0,3 para el Germanio
Esta barrera deberá ser superada por cualquier portador que trate de atravesarla, de esta
forma, si la f.e.m. de la pila del dibujo es levemente superiror a 0,7 Voltios (o 0,3 en su
debido caso) los electrones y los huecos podrán atravesar la juntura y recombinarse, es
decir, los electrones ocupan el lugar de los huecos. De esta forma se establece una
corriente a través del diodo.
0 Hueco (portado móvil)
0 Electrón (portador móvil)
Silicio tipo 1rr
• Núcleo positivo (fijo)
• Núcleo Negativo (fijo)
Silicio tipo 'p'
0 0 0 � "'E-O O O O
•••••
0 0°
0>
•••••
�
0 o o•••••
•••
•
•
Zona de deplexióu
ID
El valor de la misma es considerablemente alto ya que sólo se opone a su paso la barrera de
potencial antes descrita y una resistencia propia del silicio de unos pocos ohms.
Se dice entonces que el diodo está polarizado "en directa" y dado sus características de
conductividad puede ser considerado como un conductor.
Ahora la pila se invierte con respecto a la posición anterior. Obsérvese lo que pasa los electrones del material tipo 'N' son atraídos por el polo positivo de la batería. Algo similar ocurre con los huecos del material tipo 'P' y el polo negativo de la misma. De esta forma
dichos materiales quedan agotados rápidamente.
Al no existir portadores libres, tampoco existe circulación de corriente. Se dice, en este caso, que el diodo está polarizado en inversa y puede ser considerado como un circuito abierto.
Veamos ahora que ocurre en la juntura desde el punto de vista de las bandas de energía.
Cada tipo de material posee sus respectivas bandas de conducción y valencia pero, éstas no
se ubican a idénticas distancias del núcleo. Dado que el material tipo 'P' está contaminado
con átomos trivalentes, que tienen una carga de +3, atraen en menor medida a las bandas
que el material tipo 'N' cuyos átomos poseen una carga de +5.
Esto implica que ambas bandas estarán a distintas distancia una de la otra en la juntura, en
un diodo sin polarización como se indica en la figura:
Cuando el diodo es polarizado exteriormente se forma un "puente" entre estas bandas que
permite el paso de los electrones y huecos por sus respectivas bandas.
2.2.1: LA ESTRUCTURA DE UN CRISTAL
Estructura geométrica que se produce cuando se combinan los átomos de un determinado
elemento, o un conjunto de elementos. En electrónica, el cristal más utilizado es el de
silicio, en él, cada átomo de silicio tiene cuatro vecinos a los que se une mediante los
llamados enlaces covalentes. Este hecho conduce a una configuración especial llamada
..
.
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•Figura 2.3 Fotografia de un cristal.
2.2.2: TIPOS DE DIODOS
2.2.2.1: DIODO BARITT
(Del inglés: BARrier lnjected Transit Time). Diodo semejante al diodo IMPATT donde los
portadores de carga llamados a atravesar la región de deplexión no provienen de una
avalancha sino que son engendrados por inyección de portadores minoritarios en uniones
polarizadas en el sentido de la conducción.
2.2.2.2: DIODO DE AVALANCHA
Diodo de rectificación en el que, mediante una técnica apropiada, se reparte la ruptura
inversa, debida al fenómeno de avalancha, en todo el volumen de la unión. El diodo
soporta, así, grandes corrientes en conducción inversa sin destruirse.
2.2.2.3: DIODO DE CAP A CID AD VARIABLE (V ARACTOR O V ARICAP)
Diodo semiconductor con polarización inversa cuya capacidad entre los terminales
2.2.2.4: DIODO DE CONMUTACIÓN
Diodo semiconductor diseñado para presentar una transición rápida entre el estado de
conducción y el estado de bloqueo, y a la inversa.
2.2.2.5: DIODO RECTIFICADOR.
Diodo de potencia media o alta que se utiliza para rectificar las corrientes alternas.
2.2.2.6: DIODO SEMICONDUCTOR.
Diodo que permite el paso de la corriente de su zona p, rica en huecos, a su zona n, rica en
electrones.
2.2.2.7: DIODO DE SEÑAL
Diodo semiconductor empleado para la detección o el tratamiento de una señal eléctrica de
baja potencia.
2.2.2.8: DIODO DE UNIÓN
Diodo formado por la unión de un material semiconductor de tipo n y otro_ semiconductor
de tipo p.
2.2.2.9: DIODO ESAKI
Ver diodo túnel
2.2.2.10: DIODOGUNN
Dispositivo semiconductor impropiamente calificado de diodo ya que no contiene una
unión sino una sucesión de tres capas de tipo n más o menos dopadas. En presencia de
campos 'eléctricos elevados, el diodo Gunn es escenario de oscilaciones a muy alta
frecuencia.
2.2.2.11: DIODO IMPATT
Diodo cuyo funcionamiento asocia la multiplicación por avalancha de los portadores de
carga y su tiempo de propagación en la unión. Esto conduce, para ciertas frecuencias muy
elevadas, a una resistencia negativa que permite utilizar el diodo en modo amplificador o
en modo oscilador.
2.2.2.12: DIODO LÁSER
Diodo electroluminescente (LED) cuya estructura contiene una cavidad óptica y que está
concebido de modo que permita la emisión estimulada, y por tanto la radiación de una
onda luminosa quasi-monocromática y coherente (laser).
2.2.2.13: DIODO PIN
(Del inglés P region-lntrinsic region-N region). Unión pn semiconductora que posee dos
regiones, una fuertemente dopada n, representada como n++, y otra fuertemente dopada p,
representada por p++, y una zona intrínseca de dopado muy débil.
2.2.2.14: DIODO SCHOTTKY
Diodo formado por un contacto entre un semiconductor y un metal, lo que elimina el
almacenamiento de carga y el tiempo de recuperación. Un diodo Schottky puede rectificar
corrientes de frecuencia superior a 300 MHz.
2.2.2.15: DIODO SCHOKLEY
Diodo de cuatro capas p-n-p-n utilizado en los circuitos de conmutación rápida. Además, la
tensión directa de este diodo es más baja que en la de un diodo semiconductor de dos
reg10nes.
2.2.2.16: DIODO TRAPPAT
(Del inglés, TRAPped Plasma Avalanche Transit time)
Diodo de hiperfrecuencia de semiconductores que, cuando su unión se polariza en
avalancha, presenta una resistencia negativa a frecuencias inferiores al dominio de
frecuencias correspondiente al tiempo de tránsito del diodo. Esta resistencia negativa se
íntima interacción entre el diodo y una cavidad de hiperfrecuencias de resonancias
múltiples.
2.2.2.17: DIODO TÚNEL
Diodo semiconductor que tiene una unión, en la cual se produce el efecto túnel que da
origen a una conductancia diferencial negativa en un cierto intervalo de la característica
corriente-tensión.
La presencia del tramo de resistencia negativa permite su utilización como componente
activo (amplificador/oscilador).
2.2.2.18: DIODO UNITÚNEL
Diodo túnel cuyas corrientes de pico y valle son aproximadamente iguales.
2.2.2.19: DIODOZENER
Diodo optimizado, mediante la elección del índice de dopado, para su funcionamiento en
una región de ruptura inversa, a una tensión ampliamente independiente de la intensidad.
Los diodos Zener se utilizan en reguladores de tensión.
2.2.2.20: DIODO LED
Un diodo LED, acrónimo inglés de Light Emitting Diode (diodo emisor de luz) es un
dispositivo semiconductor que emite luz monocromática cuando se polariza en directa y es
atravesado por la corriente eléctrica. El color depende del material semiconductor
empleado en la construcción del diodo, pudiendo variar desde el ultravioleta, pasando por
el espectro de luz visible, hasta el infrarrojo, recibiendo éstos últimos la denominación de
diodos IRED (lnfra-Red Emitting Diode ).
El dispositivo semiconductor está comúnmente encapsulado en una cubierta de plástico de
mayor resistencia que las de vidrio que usualmente se emplean en las lámparas
incandescentes. Aunque el plástico puede estar coloreado, es sólo por razones estéticas, ya
Para obtener una buena intensidad luminosa debe escogerse bien la corriente que atraviesa el LED; el voltaje de operación va desde 1,5 hasta 2,2 voltios aproximadamente, y la gama de intensidades que debe circular por él va desde 1 O hasta 20 mA en los diodos de color rojo, y de 20 a 40 mA para los otros LEDs.
El primer diodo LED que emitía en el espectro visible fue desarrollado por el ingeniero de General Electric Nick Holonvak en 1962.
2.3: LA FUENTE DE ALIMENTACIÓN CON PUENTE DE DIODOS (PUENTE DEGRAETZ)
Este rectificador de doble onda es muy usado ya que elimina la necesidad de tener que emplear transformadores con secundario dividido (más voluminosos y pesados). El esquema de una fuente de alimentación simple que use este tipo de rectificador es el siguiente:
Tensión de red
Tr
---o+
�---I-
_._
-c--�
deFigura 2.4 Fuente con puente de diodos.
El puente consigue reconducir el paso de la corriente eléctrica haciendo que en cada
semiciclo de la tensión del secundario del transformador siempre circule por la carga en el
mismo sentido ( de eso trata la retificación).
La tensión inversa máxima que ha de soportar cada diodo del puente rectificador es tan
sólo igual al valor de tensión máxima entregado por el secundario del transformador. En
misma que en el caso del rectificador de doble onda con transformador con secundario
dividido.
2.4: LA FUENTE DE ALIMENTACIÓN SIMPLE SIMÉTRICA CON PUENTE DE DIODOS
Es posible conseguir una fuente de alimentación simple de este tipo si se emplea un
transformador con secundario dividido:
Tensión de red
Tr
---o+
C1
�---t---0 �
C2
Tensión de salida simétrica
Figura 2.5 Fuente simple simétrica con puente de diodos .
220v 9v
.---. On
1N4004
�
r
¡
Bat
7805
o�---
5vGnd
Observando la fuente se comprenderá mejor el funcionamiento de este sistema. Por un lado
la corriente alterna de 220v (o la que haya en su red domiciliaria) es aislada y reducida en
tensión por el transformador, cuyo secundario es de 9V por 300mA. La alterna resultante
es rectificada por el puente de diodos y filtrada inicialmente por el capacitor de 2200µF.
Entre sus bornes hay 12V aproximados de continua, los cuales se emplean para manejar la
bobina del relé. Los dos diodos 1N4004 hacen que, por un lado, la batería no active el relé
(evitando que los displays se iluminen sin tensión de red) y, por el otro lado, que la batería
no se sobrecargue con la tensión proporcionada por la fuente.
2.5: TECNOLOGÍA LEO/OLED
En directa, todos los diodos emiten una cierta cantidad de radiación cuando los pares
electrón-hueco se recombinan, es decir, cuando los electrones caen desde la banda de
conducción (de mayor energía) a la banda de valencia (de menor energía). Indudablemente,
la frecuencia de la radiación emitida y, por ende, su color, dependerá de la altura de la
banda prohibida (diferencias de energía entre las bandas de conducción y valencia), es
decir, de los materiales empleados. Los diodos convencionales, de silicio o germanio,
emiten radiación infrarroja muy alejada del espectro visible. Sin embargo, con materiales
especiales pueden conseguirse longitudes de onda visibles.
Los diodos LEO e IRED, además tienen geometrías especiales para evitar que la radiación
emitida sea reabsorbida por el material circundante del propio diodo, lo que sucede en los
convencionales.
Compuestos empleados en la construcción de diodos LEO.
Compuesto I Color
!Arseniuro de galio (GaAs) jlnfrarrojo
Free. 940nm �A-rse- _ni_u_ -ro_de_g_ _al_-ioy_ _a_lum- -in_i_o ____ l�R-o
-jo_e _in_rr_a_ _rr-o-jo----r
l
�9���--
-(AIGaAs)
R ojo, naranja y
Arseniuro fosfuro de galio (GaAsP) amarillo
!Fosfuro de galio (GaP) !verde
!Nitruro de galio (GaN) !verde
!Seleniuro de zinc (ZnSe) jAzul
INitruro de galio e indio (lnGaN) !Azul
!carburo de Silicio (SiC) jAzul
!Diamante (C) jUltravioleta
jSilicio (Si) !En desarrollo
Tabla 2.1 Compuestos usados en la construcción de diodos LED.
\630nm -- ·-1555nm
\525nm
j450nm
1480nm
1
Los primeros diodos construidos fueron los diodos infrarrojos y de color rojo, permitiendo
el desarrollo tecnológico posterior la construcción de diodos para longitudes de onda cada
vez menores. En particular, los diodos azules fueron desarrollados a finales de los 90 por
Shuji Nakamura, añadiéndose a los rojos y verdes desarrollados con anterioridad, lo que
permitió, por combinación de los mismos, la obtención de luz blanca. El diodo de seleniuro
de zinc puede emitir también luz blanca si se mezcla la luz azul que emite con la roja y
verde creada por fotoluminiscencia. La más reciente innovación en el ámbito de la
tecnología LED son los diodos ultravioletas, que se han empleado con éxito en la
producción de luz blanca al emplearse para iluminar materiales fluorescentes.
Tanto los diodos azules como los ultravioletas son caros respecto de los más comunes
(rojo, verde, amarillo e infrarrojo), siendo por ello menos empleados en las aplicaciones
comerciales.
Los LED comerciales típicos están diseñados para potencias del orden de los 30 a 60 mW.
En tomo a 1999 se introdujeron en el mercado diodos capaces de trabajar con potencias de
1 W para uso continuo; estos diodos tienen matrices semiconductoras de dimensiones
n:iucho mayores para poder soportar tales potencias e incorporan aletas metálicas para
potencias de 5 W, con eficiencias en tomo a 60 lm /W, es decir, el equivalente a una
lámpara incandescente de 50 W. De continuar esta progresión, en el futuro será posible el
empleo de diodos LED en la iluminación.
El comienzo del siglo XXI ha visto aparecer los diodos OLED (diodos LED orgánicos),
fabricados con materiales polímeros orgánicos semiconductores. Aunque la eficiencia
lograda con estos dispositivos está lejos de la de los diodos inorgánicos, su fabricación
promete ser considerablemente más barata que la de aquellos, siendo además posible
depositar gran cantidad de diodos sobre cualquier superficie empleando técnicas de pintado
para crear pantallas a color.
2.6: APLICACIONES
Los diodos infrarrojos (IRED) se emplean desde mediados del siglo XX en mandos a
distancia de televisores, habiéndose generalizado su uso en otros electrodomésticos como
equipos de aire acondicionado, equipos de música, etc. y en general para aplicaciones de
control remoto, así como en dispositivos detectores.
Los diodos LED se emplean con profusión en todo tipo de indicadores de estado
(encendido/apagado) en dispositivos de señalización (de tráfico, de emergencia, etc.) y en
paneles informativos ( el mayor del mundo, del NASDAQ, tiene 36,6 metros de altura y
está en Times Square, Maniatan). También se emplean en el alumbrado de pantallas de
cristal líquido de teléfonos móviles, calculadoras, agendas electrónicas, etc., así como en
bicicletas y usos similares. Existen además impresoras LED.
2.7:
TRANSISTORESSe podría decir que son los "responsables" de la revolución electrónica actual. Es la base
de toda la tecnología moderna, ya que permitió armar equipos con tamaños y consumos
reducidos, cosa imposible de lograr en los antiguos aparatos valvulares. Cuando el
transistor pudo comprimirse todavía más y encapsularse por cantidades en pequeñas
pastillas, nació el microchip, y el resto es historia. Posee tres patas de contactos: base,
emisor y colector. Su esencia radica en dos funciones principales: por un lado permite, de
forma estática, habilitar o cortar el paso de la corriente entre emisor y colector, de acuerdo
con lo que una señal de mando ordene a la base; por otra parte, es muy utilizado como
amplificador de señales de cualquier tipo.
Su estructura se basa en tres cristales de silicio, que se polarizan según la forma en que se
conecten las patas correspondientes a cada uno. A su vez, los transistores se catalogan en
dos grupos principales: NPN y PNP. Para explicarlo de una manera sencilla, podemos
decir que la nomenclatura de NPN o PNP se asigna al transistor dependiendo de la
polaridad que éste brinda. Dicha polaridad está relacionada con el sentido en que la
corriente circula entre las patas base y el emisor. En los transistores NPN la corriente está
habilitada para circular entrando por la base y saliendo por el emisor, bloqueándose cuando
intenta hacerlo a la inversa. Es lo contrario al caso de los transistores PNP, en donde
circula sólo desde el emisor hasta la base.
El transistor es la contracción de transfer resistor, es decir, de resistencia de transferencia.
Es un dispositivo electrónico semiconductor que se utiliza como amplificador o
conmutador electrónico. Es un componente clave en toda la electrónica moderna, donde es
ampliamente utilizado formando parte de conmutadores electrónicos, puertas lógicas,
memorias de ordenadores y otros dispositivos. En el caso de circuitos analógicos los
transistores son utilizados como amplificadores.
Se le considera el sustituto de la válvula termoiónica de tres electrodos o triódo, el
transistor bipolar fue inventado en los Laboratorios Bell de USA en Diciembre de 194 7 por
Sus inventores, John Bardeen, William Bradford Shockley y Walter Brattain, lo llamaron
así por la propiedad que tiene de cambiar la resistencia al paso de la corriente eléctrica
entre el emisor y el colector.
El transistor bipolar tiene tres partes, como el triodo. Una que emite portadores (emisor),
otra que los recibe o recolecta (colector) y la tercera, que esta intercalada entre las dos
primeras, modula el paso de dichos portadores (base).
Su funcionamiento es análogo al del tríodo, por lo que es aconsejable leer lo que se dice de
las válvulas y el transistor.
En los transistores bipolares, una pequeña señal eléctrica aplicada entre la base y emisor
modula la corriente que circula entre emisor y colector. La señal base-emisor puede ser
muy pequeña en comparación con el emisor-colector. La corriente de emisor-colector es
aproximadamente de la misma forma que la base-emisor pero amplificada en un factor de
amplificación "Beta".
El transistor se utiliza, por tanto, como amplificador. Además, como todo amplificador
puede oscilar, puede usarse como oscilador, también como rectificador y como
conmutador on-off.
El transistor también funciona, por tanto, como un interruptor electrónico, siendo esta
propiedad aplicada en la electrónica en el diseño de algunos tipos de memorias y de otros
circuitos como controladores de motores de DC y de pasos.
2.7.1: TIPOS DE TRANSISTOR
Existen distintos tipos de transistores, de los cuales la clasificación más aceptada consiste
en dividirlos en transistores bipolares o BJT (bipolar junction transistor) y transistores de
efecto de campo o FET (field effect transistor). La familia de los transistores de efecto de
campo es a su vez bastante amplia, englobando los JFET, MOSFET, MISFET, etc.
La diferencia básica entre ambos tipos de transistor radica en la forma en que se controla el
flujo de corriente. En los transistores bipolares, que poseen una baja impedancia de
en el caso de los transistores de efecto de campo, que poseen una alta impedancia, es
mediante voltaje (tensión de puerta).
2.7.1.1: TRANSISTORES BIPOLARES (BJT - BIPOLAR JUNCTION
TRANSISTOR)
Los símbolos esquemáticos para los BJT de tipo PNP y NPN. B=Base, C=Collector y
E=Emmiter, se muestran en las figuras.
Los transistores bipolares surgen de la unión de tres cristales de semiconductor con dopajes
diferentes e intercambiados. Se puede tener por tanto transistores PNP o NPN.
Tecnológicamente se desarrollaron antes que los de efecto de campo o FET.
Los transistores bipolares se usan generalmente en electrónica analógica. También en
algunas aplicaciones de electrónica digital como la tecnología TTL o BICMOS.
Los MOSFET tienen en común con los FET su ausencia de cargas en las placas metálicas
así como un solo flujo de campo. Suelen venir integrados en capas de arreglos con
polivalencia de 3 a 4 capas. Trabajan, a menor rango que los BICMOS y los PIMOS.
2.7.1.2: TRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPO (FET - FIELD-EFFECT
TRANSISTOR)
Los transistores de efecto de campo o FET; los más conocidos son los JFET (Junction
Field Effect Transistor), MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor FET) y MISFET (Metal
Insulator-Semiconductor FET).
p-channel
n-channel